[論文レビュー] A 750 GeV graviton and the Higgs as a pNGB

Ezequiel Álvarez, Leandro Da Rold+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子崩壊の過剰現象が、二サイトモデルにおけるスピン2の重力子であり、ヒッグス粒子が擬似Nambu-Goldstone粒子（pNGB）であると提案する。pNGBの性質により、縦方向の電弱ゲージボソンへの結合が抑制され、厳密な$VV$崩壊の制約を回避できる。一方、部分的コンポジット性により、レプトン系の崩壊チャネルが抑制される。第三世代クォークおよびコンポジットフェルミオンからのループ補正は無視可能であり、二光子信号を再現し、すべての実験的制約を満たす自然で広いパラメータ領域が得られる。

ABSTRACT

We study the diphoton excess at 750 GeV reported by ATLAS and CMS, by assuming that it corresponds to a new spin-two resonant state. We model this state as a massive graviton in a two-site model. We show that the very stringent bounds from $VV$ final states can be evaded naturally by considering that the Higgs is a pseudo Nambu-Goldstone boson. In this case the couplings of the graviton to the longitudinal electroweak gauge bosons can be parametrically suppressed. On the other hand, partial compositeness allows to suppress the leptonic channels. We compute loop-induced contributions to the graviton couplings by the presence of the SM third generation of quarks and composite partners of the SM fermions and obtain that they are not important. We find that the diphoton signal and the experimental constraints from other decay channels can be reproduced in a large and natural region of the parameter space of the theory.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSが観測した750 GeVの二光子共鳴状態を、$VV$最終状態からの厳しい実験的制約を避けるスピン2の高質量状態として説明すること。
• ヒッグス粒子が擬似Nambu-Goldstone粒子（pNGB）として実現されることで、縦方向の電弱ゲージボソンへの結合が自然に抑制され、微調整なしに$VV$制約を回避できることを示すこと。
• 部分的コンポジット性がレプトン系崩壊チャネルを抑制することを示し、実験データとの整合性をさらに高めること。
• 標準模型の第三世代クォークおよびコンポジットフェルミオンからのループ補正を計算し、重力子-光子および重力子-グルーオン結合への影響が、関連パラメータ領域で無視可能であることを示すこと。

提案手法

• 強い相互作用を示すコンポジット領域がグローバル対称性を破る二サイトのホログラフィックに類似したモデルにおいて、共鳴状態を高質量の重力子としてモデル化する。
• ヒッグス粒子が大規模なグローバル対称性の自発的破れから生じるpNGBとして現れることを仮定し、$WW$および$ZZ$結合の自然な抑制を可能にする。
• 部分的コンポジット性を用いてレプトンへの結合を抑制し、レプトン系最終状態のBrを低減する。
• 次元正則化を用い$D=4-\epsilon$として、トップクォークおよび重フェルミオン的パートナの寄与を含めた、重力子-光子および重力子-グルーオン結合の1ループ補正を計算する。
• 標準模型のフェルミオンでは$\mu = m_X \approx 750$ GeV、コンポジットフェルミオンでは$\mu = m_{\psi_1} \sim \text{TeV}$で正規化を行い、大きな対数を避ける。
• 物理的スケールで有限となるように、$\tau < 1$（標準模型）および$\tau > 1$（コンポジットフェルミオン）の両ケースに対応するループ関数$A_G(\tau, \mu)$を用いた有効結合$C_{\gamma}^{\text{eff}}$および$C_g^{\text{eff}}$を導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVのスピン2の高質量共鳴状態が、$VV$最終状態からの厳しい制約を回避しつつ、二光子過剰現象を説明できるか？
• RQ2 ヒッグス粒子のpNGB性質が、自然に縦方向の$W$および$Z$ボソンへの結合を抑制し、$VV$崩壊制約を回避できるか？
• RQ3 標準模型の第三世代クォークおよびコンポジットフェルミオンからのループ補正が、重力子-光子および重力子-グルーオン結合に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 二光子信号とすべての実験的制約を同時に満たす、広く自然なパラメータ領域が存在するか？
• RQ5 $\sigma_{ZZ}$、$\sigma_{HH}$、$\sigma_{Z\gamma}$の間の相関関係といった、区別可能な予測は何か？

主な発見

• pNGBヒッグス機構により、縦方向の$W$および$Z$ボソンへの結合がパラメータ的に抑制され、微調整なしに$VV$崩壊制約を自然に回避できる。
• 部分的コンポジット性により、レプトン系崩壊チャネルが抑制され、Brがさらに低減され、実験データとの整合性が向上する。
• 標準模型のトップクォークおよびコンポジットフェルミオンからの重力子-光子結合への1ループ補正は小さく、好ましいパラメータ領域では木字の素粒子的性質に影響しない。
• $C_H \sim 0.5$の場合、コンポジットスケール$M_1$は1–2 TeVまで低下可能であるが、$C_H = 1$では$M_1$は4–5 TeVに達する必要があり、自然なパラメータ範囲が得られる。
• 本モデルは$\sigma_{ZZ}$、$\sigma_{HH}$、$\sigma_{Z\gamma}$の間の相関関係を予測しており、将来的な測定によりモデルの整合性を検証可能である。
• 有効結合$C_{\gamma}^{\text{eff}}$はループ補正に対して安定であり、$\tau < 1$および$\tau > 1$の両ケースに対応するループ関数$A_G(\tau, \mu)$が適切に取り扱われ、有限の結果が得られる。